兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (4): 1118-1125.doi: 10.12382/bgxb.2022.0132
收稿日期:
2022-03-04
上线日期:
2023-04-28
通讯作者:
基金资助:
YANG Sulan, ZHANG Haorui, NIE Hongqi, YAN Qilong*()
Received:
2022-03-04
Online:
2023-04-28
摘要:
为有效促进Al/Ti金属间反应,利用高能球磨法制备Al/Ti@AP/NC和Al/Ti@PVDF/CL-20两种核壳型复合燃料。采用扫描电子显微镜评估复合颗粒的包覆效果,利用综合热分析仪研究复合燃料的热反应性能,通过氧弹燃烧仪测试复合燃料的能量性能,借助综合燃烧诊断系统研究复合燃料的燃烧特性,利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪研究Al/Ti基复合燃料燃烧产物的形貌及成分。研究结果表明:采用高能球磨法可使含能复合物均匀包覆在Al/Ti表面;Al/Ti的加入促进了含能复合物分解,同时含能复合物包覆增强了Al/Ti金属间反应、提高了燃料的火焰传播速度和燃烧波温度;尤其是采用AP/NC含能复合物为包覆层的复合燃料,其火焰传播速度(246.6mm/s)较相同配方未包覆含能复合物的Al/Ti(23.5 m/s)增加了9.5倍,燃烧波温度(1703.2℃)较Al/Ti(1069.3℃)提高了59.3%。复合燃料凝聚相燃烧产物成分取决于包覆物元素组成,凝聚相燃烧产物主要包含AlTi2C和Ti(O0.19C0.53N0.32),表明在燃烧过程中Al/Ti与含能复合物发生了化学反应。
杨素兰, 张皓瑞, 聂洪奇, 严启龙. Al/Ti基纳米复合燃料热反应性及燃烧性能[J]. 兵工学报, 2023, 44(4): 1118-1125.
YANG Sulan, ZHANG Haorui, NIE Hongqi, YAN Qilong. Thermal Reactivity and Combustion Performances of Al/Ti-based Nano-composite Fuels[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(4): 1118-1125.
样本 | 组成 | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
Al | Ti | AP | NC | PVDF | CL-20 | |
Al/Ti | 36.06 | 63.94 | ||||
Al/Ti@AP/NC | 32.46 | 57.54 | 6.67 | 3.33 | ||
Al/Ti@PVDF/CL-20 | 32.46 | 57.54 | 1.43 | 8.57 |
表1 Al/Ti基复合燃料的配方组成
Table 1 Compositions of Al/Ti-based composite fuels %
样本 | 组成 | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
Al | Ti | AP | NC | PVDF | CL-20 | |
Al/Ti | 36.06 | 63.94 | ||||
Al/Ti@AP/NC | 32.46 | 57.54 | 6.67 | 3.33 | ||
Al/Ti@PVDF/CL-20 | 32.46 | 57.54 | 1.43 | 8.57 |
样本 | T0/ ℃ | Tp / ℃ | Te/ ℃ | ΔH/ (J·g-1) |
---|---|---|---|---|
AP-1st | 268.4 | 299.3 | 311.0 | 266.4 |
AP-2nd | 361.3 | 396.1 | 407.1 | 159.5 |
NC | 197.2 | 212.9 | 230.6 | 1657.0 |
AP/NC-1st | 196.0 | 213.2 | 223.5 | 51.2 |
AP/NC-2nd | 293.5 | 312.9 | 335.8 | 84.0 |
AP/NC-3rd | 356.7 | 386.3 | 410.2 | 530.5 |
PVDF | 468.5 | 503.4 | 569.9 | 296 |
CL-20 | 236.9 | 237.9 | 275.5 | 658.5 |
PVDF/CL-20-1st | 237.5 | 238.2 | 261.7 | 414.8 |
PVDF/CL-20-2nd | 479.8 | 496.6 | 508.6 | 40.9 |
Al/Ti | 515.8 | 570.9 | 628.2 | 164.1 |
Al/Ti@AP/NC-1st | 188.4 | 206.0 | 234.1 | 13.4 |
Al/Ti@AP/NC-2nd | 248.2 | 298.1 | 313.5 | 145.9 |
Al/Ti@AP/NC-3rd | 644.1 | 640.5 | 658.6 | 218.5 |
Al/Ti@PVDF/CL-20-1st | 210.9 | 228.7 | 242.5 | 59.8 |
Al/Ti@PVDF/CL-20-2nd | 471.5 | 485.0 | 503.7 | 15.3 |
Al/Ti@PVDF/CL-20-3rd | 621.9 | 641.5 | 659.2 | 211.7 |
表2 AP/NC、PVDF/CL-20各组分及其复合材料的DSC参数
Table 2 DSC parametersof the components of AP/NC, PVDF/CL-20 and their composites
样本 | T0/ ℃ | Tp / ℃ | Te/ ℃ | ΔH/ (J·g-1) |
---|---|---|---|---|
AP-1st | 268.4 | 299.3 | 311.0 | 266.4 |
AP-2nd | 361.3 | 396.1 | 407.1 | 159.5 |
NC | 197.2 | 212.9 | 230.6 | 1657.0 |
AP/NC-1st | 196.0 | 213.2 | 223.5 | 51.2 |
AP/NC-2nd | 293.5 | 312.9 | 335.8 | 84.0 |
AP/NC-3rd | 356.7 | 386.3 | 410.2 | 530.5 |
PVDF | 468.5 | 503.4 | 569.9 | 296 |
CL-20 | 236.9 | 237.9 | 275.5 | 658.5 |
PVDF/CL-20-1st | 237.5 | 238.2 | 261.7 | 414.8 |
PVDF/CL-20-2nd | 479.8 | 496.6 | 508.6 | 40.9 |
Al/Ti | 515.8 | 570.9 | 628.2 | 164.1 |
Al/Ti@AP/NC-1st | 188.4 | 206.0 | 234.1 | 13.4 |
Al/Ti@AP/NC-2nd | 248.2 | 298.1 | 313.5 | 145.9 |
Al/Ti@AP/NC-3rd | 644.1 | 640.5 | 658.6 | 218.5 |
Al/Ti@PVDF/CL-20-1st | 210.9 | 228.7 | 242.5 | 59.8 |
Al/Ti@PVDF/CL-20-2nd | 471.5 | 485.0 | 503.7 | 15.3 |
Al/Ti@PVDF/CL-20-3rd | 621.9 | 641.5 | 659.2 | 211.7 |
样本 | 反应热/(J·g-1) | 误差/(J·g-1) |
---|---|---|
Al/Ti | 2331 | ±95 |
Al/Ti@AP/NC | 3539 | ±85 |
Al/Ti@PVDF/CL-20 | 3490 | ±92 |
表3 用氧弹燃烧仪测量Al/Ti基复合燃料的反应热
Table 3 Heats of reaction of Al/Ti-based composite fuels measured by a bomb calorimeter
样本 | 反应热/(J·g-1) | 误差/(J·g-1) |
---|---|---|
Al/Ti | 2331 | ±95 |
Al/Ti@AP/NC | 3539 | ±85 |
Al/Ti@PVDF/CL-20 | 3490 | ±92 |
样本 | 火焰传播速率/ (mm·s-1) | 误差/ (mm·s-1) |
---|---|---|
Al/Ti | 23.5 | ±3.2 |
Al/Ti@AP/NC | 246.6 | ±2.9 |
Al/Ti@PVDF/CL-20 | 89.9 | ±3.8 |
表4 Al/Ti基复合燃料的火焰传播速度
Table 4 The propagation rate of Al/Ti-based composite fuels
样本 | 火焰传播速率/ (mm·s-1) | 误差/ (mm·s-1) |
---|---|---|
Al/Ti | 23.5 | ±3.2 |
Al/Ti@AP/NC | 246.6 | ±2.9 |
Al/Ti@PVDF/CL-20 | 89.9 | ±3.8 |
[1] |
胡榕, 姜春兰, 毛亮, 等. Al粒径对富铝聚四氟乙烯基铝活性材料冲击反应性能的影响[J]. 兵工学报, 2022, 43(1):48-56.
|
|
|
[2] |
doi: 10.1016/j.combustflame.2020.07.016 URL |
[3] |
冯晓军, 薛乐星, 冯博, 等. “外嵌内包”微结构的奥克托今/铝复合粒子制备及其应用性能[J]. 兵工学报, 2021, 42(8):1631-1637.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2021.08.007 |
|
|
[4] |
doi: 10.1016/j.combustflame.2022.112029 URL |
[5] |
doi: 10.1016/j.combustflame.2020.04.027 URL |
[6] |
|
[7] |
doi: 10.1016/j.combustflame.2020.06.011 URL |
[8] |
王维伦, 李建民, 杨荣杰, 等. 含氟有机添加剂对铝聚醚推进剂燃烧凝聚相产物的影响[J]. 兵工学报, 2017, 38(4):704-710.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2017.04.011 |
|
|
[9] |
doi: 10.1016/j.fuel.2022.123203 URL |
[10] |
|
[11] |
|
[12] |
doi: 10.1016/j.sna.2005.04.021 URL |
[13] |
李鑫, 赵凤起, 郝海霞, 等. 不同类型微/纳米铝粉点火燃烧特性研究[J]. 兵工学报, 2014, 35(5):640-647.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2014.05.010 |
LIX,
|
|
[14] |
doi: 10.1016/j.cej.2019.123859 URL |
[15] |
doi: 10.1016/S1875-5372(14)60038-2 URL |
[16] |
doi: 10.1016/j.ast.2006.10.005 URL |
[17] |
|
[18] |
|
[19] |
|
[20] |
doi: 10.1016/j.combustflame.2005.08.037 URL |
[21] |
|
[22] |
doi: 10.1016/j.combustflame.2004.10.009 URL |
[23] |
|
[24] |
doi: 10.1007/s10573-007-0045-y URL |
[25] |
|
[26] |
doi: 10.1016/j.cej.2019.123146 URL |
[1] | 崔立宝, 杨钊, 丁亚军, 周杰, 肖忠良. 聚多巴胺包覆四孔发射药的结构与性能[J]. 兵工学报, 2023, 44(7): 2014-2022. |
[2] | 闫涛, 任慧, 马爱娥, 焦清介, 王慧心. 氟橡胶包覆层对纳米铝粉性能的影响研究[J]. 兵工学报, 2019, 40(8): 1611-1617. |
[3] | 梁泰鑫, 吕秉峰, 马忠亮, 肖忠良. 一种随行装药的燃烧性能[J]. 兵工学报, 2015, 36(9): 1660-1664. |
[4] | 邹伟伟, 郝晓琴, 张志勇, 党海燕, 周伟良. 小口径可燃药筒及装药的燃烧性能研究[J]. 兵工学报, 2015, 36(8): 1423-1429. |
[5] | 谢中元1, 周霖, 王浩, 赵凯, 罗一鸣, 张宏亮. 高氯酸铵包覆层对硼粉燃烧性能的影响[J]. 兵工学报, 2014, 35(2): 194-199. |
[6] | 黄振亚, 范建芳, 陈余谦. 叠氮硝胺发射药表面钝感新技术[J]. 兵工学报, 2014, 35(2): 182-187. |
[7] | 张衡, 安亭, 赵凤起, 张晓宏, 仪建华, 徐司雨. 没食子酸锆铜的制备及其在双基系推进剂中的燃烧催化作用[J]. 兵工学报, 2013, 34(6): 690-697. |
[8] | 窦燕蒙1, 李国平1, 罗运军1, 葛震1, 仪建华2, 赵凤起2. 储氢合金/ AP / HTPB 推进剂的燃烧现象分析[J]. 兵工学报, 2013, 34(2): 162-167. |
阅读次数 | ||||||
全文 |
|
|||||
摘要 |
|
|||||